KR20100062160A - 온열매트용 발열선 - Google Patents
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Abstract
전기를 이용하여 발열시키는 온열매트 내의 발열선이 개시된다.
본 발명은 발열선 내부의 저항선을 다수의 와이어를 꼬아 형성하고 직선으로 배열함으로써 전기전도성과 강도 및 내구성을 향상시키고, 그 외부에 불소수지로 성형된 절연성 피복재로 피복함으로써 내열성과 강도를 높여 누전이나 단락을 방지할 수 있으며, 피복된 저항선 외부를 전도성 피복재로 성형함으로써 정전기방출(ESD)을 접지시키고 유해전자파(EMI)를 차단할 수 있다. 또한, 저항선 외부의 피복재에 원적외선을 방사하는 게르마늄, 카본블랙, 황토 등을 첨가함으로써 원적외선 방사 기능을 발휘할 수 있다.
온열매트, 발열선, 절연성 피복재, 전도성 피복재, 원적외선
Description
본 발명은 온열매트 내에 설치되는 발열선에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는 발열선 내부의 저항선을 다수의 와이어로 형성하고 내열성과 강도가 높은 절연성 피복재로 피복한 후 외부에는 전도성 피복재로 피복함으로써 누전이나 단락을 방지할 뿐만 아니라 정전기와 유해전자파를 제거하는 온열매트용 발열선에 관한 것이다.
전기매트에 내장되는 발열선은 일반적으로 저항선을 나선형으로 감은 형태를 사용하고 있으며, 이러한 발열선은 온열매트, 전기담요, 침대매트, 방석류 등과 같은 침구류에 사용된다.
도 1은 종래의 온열매트용 발열선의 내부구조를 개략적으로 보여주는 사시도이다. 도면을 참조하면, 종래의 발열선은 저항이 거의 없는 전원공급선(10) 둘레에 PVC나 실리콘 등을 이용하여 1차로 절연재(40)를 입히고, 저항값이 낮은 금속저항선 또는 약 0.1 내지 0.18mm 직경의 동와이어를 압착하여 띠모양의 저항선(20)을 성형한 후 권선기를 이용하여 상기 절연재(40) 위에 일정 간격의 나선형으로 감고 그 위에 다시 PVC나 실리콘 등의 절연재를 도포한 형태로 제조된다. 절연재(40)의 일측에는 전원공급선(10)과 저항선(20)을 연결하여 연결부(30)가 설치되어 저항선(20)에 전원을 공급한다.
이와 같이 제조된 발열선은 용도에 따라 다양한 형태의 침구에 내설되어 기계적인 응력과 열적 응력을 지속적으로 받게 되어 제기능을 발휘하지 못하는 경우가 발생된다. 즉, PVC나 실리콘 등으로 제작되어 있어서 고온에 취약하고 강도가 약하기 때문에 사용자나 물체의 하중이 한 곳에 집중되거나 접을 때 꺾어짐이 반복됨에 따라 내부의 발열선이 단락되는 문제점이 있다.
또한, 위에서 언급한 바와 같이 발열회로 전체가 직경이 약 0.1mm 정도인 하나의 가느다란 금속열선에 의지하고 있어서 외부 충격에 쉽게 손상되고 과열 또는 단선의 우려가 높다는 문제점이 있다.
그리고, 종래의 경우 전원공급선(10)과 저항선(20) 사이에 0.8 내지 1.0mm 두께의 절연재(40)로 1차 절연되어 있는데, 상기 절연재(40)는 단층으로 이루어져 있어서 고온과 외부 충격 등에 의해 절연기능을 제대로 발휘하지 못할 가능성이 크다는 문제점이 있다.
도 2는 종래의 발열선이 구부러진 상태를 도시한 일부사시도이고, 도 3은 종래의 발열선에서 저항선이 일측으로 몰려 있는 상태를 도시한 사시도이다.
저항발열선은 나선형으로 감는 간격이 일정해야 균일한 온도를 얻게 되는데, 케이블을 구부렸을 경우 도 2에서 알 수 있는 바와 같이 저항선(20) 간의 외측 간격(W1)과 내측 간격(W2)이 서로 상이하게 되고, 특히 내측에 저항선(20)이 밀집된 부분에서는 과열의 우려가 크다는 문제점이 있다.
또한, 도 3에서 알 수 있는 바와 같이 반복되는 구부림 동작에 의해 저항선(20)이 한 쪽으로 몰리게 되는 경우(A부분) 상기와 마찬가지로 과열 및 화재의 우려가 크다는 문제점이 있다.
한편, 발열선이 가열되면 전압의 공급에 따른 전하의 이동으로 침구류 표면에는 정전기가 지속적으로 충전되어 정전기방출(ESD)을 일으키고 발열선으로부터는 유해전자파(EMI)가 방사된다. 이와 같은 정전기방출(ESD)과 유해전자파(EMI)는 인체나 전자제품에 치명적인 피해를 가져올 수 있다.
이를 방지하기 위해서는 침구류의 표면이나 발열선의 표면을 접지하여 방전시키거나 쉴드를 입혀 유해전자파를 차단하여야 하는데, 종래에는 발열선의 표면에 금속 쉴드를 부착하여 접지시키는 방법을 이용하였지만, 이러한 방법은 제조공정에 발열선에 별개의 금속 쉴드를 부착해야 하는공정이 추가되므로 제조공정이 길어지고 단가가 상승하는 문제점이 있다.
따라서, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 첫 번째 목적은 발열선 내부의 저항선을 다수의 와이어로 형성하고 내열성과 강도가 높은 절연성 피복재로 피복함으로써 사용에 따른 손상이나 외부의 충격에 따른 파손으로 인한 누전이나 단락을 방지할 수 있는 온열매트용 발열선을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 두 번째 목적은 저항선 외부의 피복재를 전도성 피복재로 성형함으로써 정전기와 유해전자파를 제거할 수 있는 온열매트용 발열선을 제공하는 것이다.
그리고, 본 발명의 세 번째 목적은 저항선 외부의 피복재에 원적외선을 방사하는 재료를 첨가하여 기능성을 강화한 온열매트용 발열선을 제공하는 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,
다수의 금속저항 발열선을 중첩시켜 형성한 저항열선; 상기 저항열선의 외주면 상에 일정 두께로 피복된 절연성 피복재; 적어도 하나 이상의 피복된 저항열선을 일정 두께로 감싸는 전도성 피복재; 및 상기 전도성 피복재의 내부에 길이방향을 따라 내설되는 적어도 하나 이상의 접지용 부재: 를 포함하는 온열매트용 발열선을 제공한다.
상기 저항열선은 다수 가닥의 금속 와이어를 꼬아 균일한 나선구조로 형성한 저항발열선을 이용할 수 있다.
상기 피복된 저항열선은 상호간의 간섭을 없애기 위하여 발열선 내에 직선 형태로 매설되는 것이 바람직하다.
상기 절연성 피복재는 내열성과 기계적 강도가 큰 불소수지를 이용하는 것이 바람직하다.
상기 전도성 피복재는 전도성 폴리머 또는 전도성 부여제를 첨가한 플라스틱으로 성형될 수 있다.
상기 전도성 부여제는 카본 블랙, 카본섬유, 금속분말, 금속섬유, 금속 플레이크 중 어느 하나를 이용할 수 있다.
상기 접지용 부재는 전도성 피복재 내부의 상부와 하부에 각각 매설된 한 쌍의 금속박막으로 이루어질 수 있다.
상기 접지용 부재는 전도성 피복재의 내주 상에 매설된 적어도 하나 이상의 동선으로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 전도성 피복재에는 원적외선 방사기능을 강화하기 위하여 게르마늄, 카본블랙, 황토 중 어느 하나 이상이 첨가될 수 있다.
본 발명의 온열매트용 발열선에 의하면, 발열선 내부의 저항선을 다수의 와이어를 꼬아 형성하고 직선으로 배열함으로써 전기전도성과 강도 및 내구성을 향상시키고, 그 외부에 불소수지로 성형된 절연성 피복재로 피복함으로써 내열성과 강도를 높여 누전이나 단락을 방지할 수 있다.
또한, 피복된 저항선 외부를 전도성 피복재로 성형함으로써 정전기방출(ESD) 을 접지시키고 유해전자파(EMI)를 차단할 수 있다.
그리고, 저항선 외부의 피복재에 원적외선을 방사하는 게르마늄, 카본블랙, 황토 등을 첨가함으로써 원적외선 방사 기능을 발휘할 수 있다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정 해석되지 아니하며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
이하, 첨부된 예시도면에 의거하여 본 발명의 일 실시예에 의한 온열매트용 발열선을 설명한다.
도 4와 도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 온열매트용 발열선을 절단하여 내부구조를 나타낸 절개사시도이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 온열매트용 발열선(100)은 저항열선(110), 저항열선(110)의 외부에 피복되는 절연성 피복재(120), 피복된 저항열선(110)을 감싸는 전도성 피복재(130), 그리고 전도성 피복재(130)에 내설된 접지용 부재(140)를 포함한다.
저항열선(110)은 통전시 발열하는 저항발열체인 금속와이어를 이용하여 만든 열선이며, 금속와이어는 일반적으로 사용되는 와이어 형태의 저항발열체를 이용한다. 상기 금속와이어는 직경이 0.1 내지 0.5mm 범위 내인 것을 사용하며, 적어도 7가닥 이상을 균일한 나선형태로 꼬아 하나의 저항열선(110)을 형성한다.
이와 같이 종래의 저항열선보다 직경이 작은 다수의 와이어를 사용하는 것은 저항열선의 표면적을 넓혀 통전성을 높힘으로써 전기의 소비효율을 향상시킬 수 있으며, 여러 가닥의 집합에 의함으로써 종래의 저항열선보다 강도와 내구성을 높일 수 있을 뿐만 아니라, 와이어의 일부가 단락된 경우에도 충분한 성능을 발휘할 수 있기 때문이다.
다음으로, 저항열선(110)의 외주면은 1차로 전기절연을 위한 절연성 피복재(120)로 피복되는데, 절연성 피복재(120)는 내열성과 기계적 물성이 우수한 불소수지(테프론)를 이용하며, 충분한 전기절연을 이루도록 저항열선(110)의 외주면 상에 일정 두께로 피복시킨다.
저항열선(110)은 내열성과 강도가 우수한 불소수지로 피복되므로 매트 내에 설치된 상태에서 보관을 위해 접히는 경우 또는 사용자의 하중이 가해지는 경우에도 충분히 견딜 수 있는 강도와 내구성을 가지게 된다.
다음으로, 피복된 저항열선(110)의 둘레에는 전도성 피복재(130)가 2차로 피복된다. 전도성 피복재(130)는 하나 이상의 피복된 저항열선(110)을 둘러싸도록 성형되는데, 도 4와 도 5에는 일정간격을 이루며 나란히 배열된 2개의 저항열선(110)을 함께 감싸며 성형된 예를 보여주고 있다. 전도성 피복재(130) 내에는 도면에서와 같이 2개의 피복된 저항열선(110)이 매설될 수도 있고 그 이상이 매설될 수도 있으며, 필요에 따라 하나만 매설되도록 성형할 수도 있다.
전도성 피복재(130) 내에는 피복된 저항열선(110)이 직선을 이루도록 매설된다. 이와 같이 직선을 이루도록 한 것은 종래의 저항열선이 절연재 둘레에 나선형 구조로 감겨 있음에 따라 발생하기 쉬운 손상 또는 단선을 방지하기 위한 것이다.
전도성 피복재(130)는 전도성 폴리머로 성형하거나 전도성 부여제를 첨가한 플라스틱으로 성형된다. 상기 전도성 폴리머는 폴리설퍼니트릴(Poly-sulfurnitrile), 폴리피롤(Poly-pyrrole), 폴리피페닐렌(Poly-p-phenylene), 폴리페닐렌설피드(Poly-phenylene sulfide), 폴리아닐린(Polyaniline), 폴리피페닐렌비닐렌(Poly-p-phenylenevinylene) 등의 전기가 통하는 고분자 화합물을 말한다.
그리고, 상기 전도성 부여제는 카본 블랙, 카본섬유, 금속분말, 금속섬유, 금속 플레이크 등을 용융상태의 플라스틱에 혼합 및 교반시켜 전도성 플라스틱으로 성형하기 위한 재료이다.
위와 같은 전도성 부여제를 첨가하면, 전도성 충전제가 상호접촉함에 의해 또는 수 옹스트롬(Å) 이내의 근접한 거리에서 전도성의 통로를 형성함에 의해 또는 수 백 옹스트롬(Å) 이내의 떨어진 간격을 통해 열전자 복사(열로 여과된 전자가 전계에 의해 방사되는 현상)나 전자의 터널효과(어떤 운동에너지를 가진 전자가 보다 높은 에너지 준위의 장벽을 관통하는 현상으로서, 엷은 절연층을 전자가 파동성에 의해 투과함으로써 전류가 흐름)에 의해 플라스틱에 전도성이 부여된다.
이와 같이 전도성 폴리머 또는 전도성 부여제가 첨가된 플라스틱으로 피복된 저항열선(110)은 매트 사용시 발생하는 정전기가 전도성 피복재(130)를 통해 접지됨으로써 정전기방출(ESD)에 의한 피해를 방지한다. 뿐만 아니라 상기와 같은 피복에 의해 저항열선(110)으로부터 방사되는 전자파를 차단시킴으로써 유해전자파(EMI)에 의한 피해도 방지할 수 있다.
상기와 같은 전도성 피복재(130)는 케이블의 방사방향으로 5mm 간격마다 500 내지 2000Ω의 전도도를 가지도록 제조하면, 전류의 흐름이 방해되어 저항열선(110)으로부터의 누전은 차단할 수 있지만, 매트에 발생한 정전기를 접지시키거나 유해전자파를 차단시키는 것은 가능하다. 따라서, 별도의 금속 쉴드 없이도 발생한 정전기나 누설전류를 접지시키고 유해전자파를 차단하여 사용자를 보호할 수 있다.
유해전자파(EMI) 제거에 특히 중점을 둔다면 폴리카보네이트 계열의 전도성 부여제를 첨가하는 것이 바람직하며, 이 경우 정전기방출(ESD)의 방지뿐만 아니라 20 내지 60dB 범위의 유해전자파(EMI) 차단효과를 가진다.
전도성 피복재(130)에는 접지용 부재(140)가 내설되는데, 상기 접지용 부재(140)는 절연재로 피복된 저항열선(110)을 내포하는 전도성 피복재(130)의 내부에 매설되어 매트에 발생하는 누전이나 정전기를 제어장치 내의 접지단자 또는 외부의 접지단자에 접지시키기 위한 부재이다.
도 4와 도 5에는 접지용 부재가 설치된 상태를 보여주고 있다. 도면에서 알 수 있는 바와 같이, 접지용 부재(140)는 절연성 피복재(120) 외부에 위치하며, 전도성 피복재(130) 내에 길이방향을 따라 내설된다.
도 4에는 금속박막(141)을 이용한 접지용 부재가 도시되어 있고, 도 5에는 다수 가닥의 동선을 이용한 접지용 부재가 도시되어 있는 바, 접지용 부재(140)는 도 4에서와 같이 금속박막(141)의 형태로 매설되거나 도 5에서와 같이 동선(142)의 형태로 매설될 수 있다. 금속박막(141)의 경우 전도성 피복재(130) 내부의 상부와 하부에 각각 매설시키고, 동선(142)의 경우 전도성 피복재(130)의 내주 상에 원주방향을 따라 다수개를 매설시키는 것이 바람직하다.
이와 같이 형성된 본 발명의 일 실시예에 의한 온열매트용 발열선(100)은, 도면에 도시된 바와 같이 불소수지인 절연성 피복재(120)로 피복된 2개의 저항선(110) 상단에 내열성 및 기계적 강도가 우수한 전도성 피복재(130)를 압출성형하여 두껍고 편평한 타원형 케이블 형태로 제작하여, 이를 온열매트나 방석 등에 설치하면 넓고 편평한 발열 면적과 우수한 열전도도로 인해 열전달 효율이 높고 온도분포가 전체적으로 고르게 될 뿐만 아니라, 전도성 피복재(130)에 의해 정전기 및 유해전자파도 제거된다.
한편, 2차 피복재인 전도성 피복재(130)에는 다양한 기능성 소재를 첨가할 수 있는데, 예컨대 게르마늄, 카본블랙, 황토 등을 첨가함으로써 원적외선 방사기능을 강화할 수 있다.
이상에서 본 발명은 기재된 구체 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
도 1은 종래의 온열매트용 발열선의 내부구조를 개략적으로 보여주는 사시도이다.
도 2는 종래의 발열선이 구부러진 상태를 도시한 일부사시도이다.
도 3은 종래의 발열선에서 저항선이 일측으로 몰려 있는 상태를 도시한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 온열매트용 발열선의 절개사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 온열매트용 발열선에 접지용 금속박막 대신 다수의 접지용 동선이 매설된 상태를 보여주는 절개사시도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10:전원공급선 20:저항선
30:연결부 40:절연재
100:발열선 110:저항열선
120:절연성 피복재 130:도전성 피복재
140:접지용 부재 141:금속박막
142:동선
Claims (10)
- 다수의 금속저항 와이어를 중첩시켜 형성한 저항열선;상기 저항열선의 외주면 상에 일정 두께로 피복된 절연성 피복재;적어도 하나 이상의 피복된 저항열선을 일정 두께로 감싸는 전도성 피복재; 및상기 전도성 피복재의 내부에 길이방향을 따라 내설된 적어도 하나 이상의 접지용 부재: 를 포함하는 온열매트용 발열선.
- 제1항에 있어서, 상기 저항열선은다수 가닥의 금속 와이어를 꼬아 균일한 나선구조로 형성한 저항발열선인 것을 특징으로 하는 온열매트용 발열선.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 피복된 저항열선은발열선 내에 직선 형태로 매설되는 것을 특징으로 하는 온열매트용 발열선.
- 제1항에 있어서, 상기 절연성 피복재는불소수지로 성형하는 것을 특징으로 하는 온열매트용 발열선.
- 제1항에 있어서, 상기 전도성 피복재는전도성 폴리머 또는 전도성 부여제를 첨가한 플라스틱으로 성형되는 것을 특징으로 하는 온열매트용 발열선.
- 제5항에 있어서, 상기 전도성 부여제는카본 블랙, 카본섬유, 금속분말, 금속섬유, 금속 플레이크 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 온열매트용 발열선.
- 제1항, 제5항 또는 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전도성 피복재는방사방향으로 5mm 간격마다 500 내지 2000Ω의 전도도를 가지는 것을 특징으로 하는 온열매트용 발열선.
- 제1항에 있어서, 상기 접지용 부재는전도성 피복재 내부의 상부와 하부에 각각 매설된 한 쌍의 금속박막으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 온열매트용 발열선.
- 제1항에 있어서, 상기 접지용 부재는전도성 피복재의 내주 상에 매설된 적어도 하나 이상의 동선으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 온열매트용 발열선.
- 제1항, 제5항 또는 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전도성 피복재에는게르마늄, 카본블랙, 황토 중 어느 하나 이상이 첨가되는 것을 특징으로 하는 온열매트용 발열선.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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2008
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